Supraledning
Superconductivity

FFFN40, 7.5 högskolepoäng, A (Avancerad nivå)

Gäller för: 2024/25
Fakultet: Lunds tekniska högskola
Beslutad av: Programledning F/Pi
Beslutsdatum: 2024-04-15
Ikraftträdande: 2024-05-08

Allmänna uppgifter

Fördjupning: Avancerad nivå, kurs/er som inte kan klassificeras
Valfri för: E4, F4, F4-nf, F4-tf, F4-kv, MFOT1, MNAV1, N4-nf
Undervisningsspråk: Kursen ges på engelska

Syfte

Kursens mål är att lära ut de fundamentala teoretiska koncepten bakom supraledning. Studenterna ska också lära sig att använda analytiska och numeriska metoder för att undersöka enkla fenomen i supraledare baserat på London-ekvationerna, Ginzburg-Landau-teori and BCS-teori, samt få grundläggande kunskap om olika metoder att experimentellt undersöka egenskaperna hos supraledande material. Kursen ska även ge kunskap om hur supraledare används i några tekniska tillämpningar med speciellt fokus på kvantdatorer och annan kvantteknologi.

Mål

Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten

• kunna förklara grunderna bakom fenomenologiska teorier för supraledning (London och Ginzburg-Landau) och hur man kommer fram till de centrala ekvationerna i dessa teorier baserat på termodynamiska argument.
• kunna redogöra för de viktigaste stegen i härledningen av den mikroskopiska teorin för supraledning (BCS-teori), för hur dessa ekvationer ger upphov till ett supraledande gap och de fundamentala excitationerna i en supraledare, samt för enkla teorier för transport i system med en supraledare kopplad till en metall.
• kunna redogöra för samband mellan ström och fasskillnad i en Josephson-övergång.
• kunna förklara hur faskoherens i Josephson-övergångar kan användas för i olika supraledande kvantbitar, speciellt så kallade Cooper pair boxes och transmoner.
• kunna översiktligt beskriva hur man experimentellt kan undersöka ett supraledande materials egenskaper, såsom gap och koherenslängd.
• kunna redogöra för några mer avancerade koncept, vilka varierar beroende på studenternas val av projekt; exempel inkluderar högtemperatursupraledare, topologiska supraledare, supraledande logiska kretsar och hur man kopplar många supraledande kvantbitar i en kvantdator.

Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten

• kunna tillämpa de olika (fenomenologiska och mikroskopiska) teorierna för supraledning för att kvalitativt, analytiskt och numeriskt beskriva specifika egenskaper och fenomen inom supraledning.
• kunna applicera sina kunskaper om grundläggande teorier om supraledning för att förstå supraledande kvantbitar.
• kunna demonstrera förmåga att förstå ett mer avancerat tema inom supraledning och att förmedla denna kunskap på ett pedagogiskt sätt till andra studenter. 

Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten

• kunna söka fram vetenskaplig litteratur och identifiera material som är relevant för kursens projekt.
• kunna förmedla avancerat vetenskapligt material till de andra studenterna i en föreläsning som håller god pedagogisk nivå.

Kursinnehåll

Kursen behandlar:

• De grundläggande teoretiska beskrivningarna av den supraledande fasen och dess egenskaper.
• London-ekvationerna, typ I och typ II supraledare.
• Ginzburg-Landau-teori som en mer avancerad version of London-ekvationerna.
• Mikroskopisk teori för supraledare (BCS-teori), supraledande gap, fundamentala excitationer och transport i kretsar med kopplade supraledare (Josephsonövergångar) och med supraledare kopplade till metalliska kontakter.
• Supraledande kretsar, Coulomb-blockad och olika typer av supraledande kvantbitar.
• Ett urval av fördjupningsämnen i form av studentprojekt (varierar utifrån studenternas intresse).

Undervisningen utgörs av föreläsningar och studentledda föreläsningar. Deltagande på de studentledda föreläsningarna är obligatoriskt.

Kursens examination

Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5) - (Underkänd, Tre, Fyra, Fem)
Prestationsbedömning:

Kursen examineras via inlämningsuppgifter, studentledda föreläsningar, samt en muntlig tentamen. Det är obligatoriskt att deltaga på de studentledda föreläsningarna. Godkända inlämningsuppgifter krävs för att få göra den muntliga tentamen, vilken utgår från lösningarna på inlämningsuppgifterna. För studerande som ej godkänts vid ordinarie tentamen erbjuds ytterligare tentamenstillfälle i nära anslutning härtill. 

Om så krävs för att en student med varaktig funktionsnedsättning ska ges ett likvärdigt examinationsalternativ jämfört med en student utan funktionsnedsättning, så kan examinator efter samråd med universitetets avdelning för pedagogiskt stöd fatta beslut om alternativ examinationsform för berörd student.

Moduler
Kod: 0124. Benämning: Projekt.
Antal högskolepoäng: 2.0. Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5). Prestationsbedömning: Muntlig presentation.
Kod: 0224. Benämning: Inlämningsuppgifter.
Antal högskolepoäng: 2.0. Betygsskala: UG - (U, G). Prestationsbedömning: Skrivna lösningar till uppgifter.
Kod: 0324. Benämning: Muntlig tentamen.
Antal högskolepoäng: 3.5. Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5). Prestationsbedömning: Muntlig tentamen.

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: Kunskaper i kvantmekanik motsvarande FMFN01 Kvantmekanik, fortsättningskurs 1, 7,5 hp, kunskaper motsvarande FAFF55 Atomfysik, 6 hp samt samt kunskaper motsvarande FFFF01 Elektroniska material, 7,5 hp, eller FFFF05 Fasta tillståndets fysik, 7,5 hp.
Begränsat antal platser: Nej

Kurslitteratur

• Utdelat material.
• Annett, James F: Superconductivity, superfluids, and condensates. New York : Oxford University Press, 2004, ISBN: 0198507550.

Kontaktinfo

Kursansvarig: Martin Leijnse, martin.leijnse@ftf.lth.se
Hemsida: https://canvas.education.lu.se/

Övrig information

Kursen samläses med FYST84 som ges av naturvetenskapliga fakulteten.